一种双馈电机的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈电机的控制系统及方法，用以提高定子功率控制环路的稳定性。该控制系统包括：功率计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子电压和定子电流，确定双馈电机的定子瞬时输出功率；非线性反馈项计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子电压、定子电流、转子机械角频率和电机参数，确定非线性反馈项；功率调节器，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子给定功率和功率计算单元确定的定子瞬时输出功率，确定定子功率调节信号；转子电压计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的电机控制信号，确定双馈电机的转子电压；该电机控制信号，包括非线性反馈项计算单元确定的非线性反馈项和功率调节器确定的定子功率调节信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及。
技术介绍
目前，双馈电机的应用非常广泛，尤其是在风力发电领域。在需要对双馈电机的定 子有功功率或定子无功功率进行控制的应用场景中，对双馈电机控制的方法之一是使用多 标量控制方式，直接对双馈电机定子功率进行控制。 双馈电机的多标量控制方法采用定子坐标系，选择电机定子有功功率、电机定子 无功功率、电机转速和电机定子磁链的平方作为状态变量，获得双馈电机的状态方程，再利 用非线性反馈项使双馈电机的状态方程线性化，将双馈电机的状态方程变换为电机定子有 功功率和电机定子无功功率的直接方程，可以直接对电机定子有功功率和电机定子无功功 率进行闭环控制。以定子有功功率为例，现有双馈电机的控制系统中定子功率控制环路如 图1所示，其中： 户(.V)为定子给定有功功率； Ps(s)为定子输出有功功率； Wi(s)为非线性反馈项； cp(s)为有功功率调节器； Gp(s)为双馈电机对定子有功功率的传递函数。 表征了非线性反馈项Wjs)对定子输出有功功率Ps(s)的影响Pw(s)的闭环传递 函数Hwl (s)为： 可见，图1所示的定子有功功率控制环路忽略了非线性反馈项对定子输出有功功 率的影响。在定子坐标系下，所有中间变量均为交流量，在非线性反馈项的频率超过控制环 路拓扑抽象下受控对象本身截止频率时，功率控制环路就有可能会产生震荡。图1所示的 定子功率控制环路完全依靠受控对象本身的特性对可能的震荡进行抑制，因此功率控制环 路的稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种在同步坐标系下的双馈电机的控制系统及控制方法，可以 提_定子功率控制环路的稳定性。 本专利技术实施例提供一种双馈电机的控制系统，包括： 功率计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子电压和定子电流，确定双 馈电机的定子瞬时输出功率； 非线性反馈项计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子电压、定子电流、 转子机械角频率和电机参数，确定非线性反馈项； 功率调节器，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子给定功率和所述功率计算单 元确定的定子瞬时输出功率，确定定子功率调节信号； 转子电压计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的电机控制信号，确定双馈 电机的转子电压；所述电机控制信号，包括所述非线性反馈项计算单元确定的非线性反馈 项和所述功率调节器确定的定子功率调节信号。 本专利技术实施例还提供一种双馈电机的控制方法，包括： 根据同步坐标系下双馈电机的定子电压和定子电流，确定双馈电机的定子瞬时输 出功率；以及根据同步坐标系下双馈电机的定子电压、定子电流、转子机械角频率和电机参 数，确定非线性反馈项； 根据同步坐标系下双馈电机的定子给定功率和所述定子瞬时输出功率，确定定子 功率调节信号； 根据同步坐标系下双馈电机的电机控制信号，确定双馈电机的转子电压；所述电 机控制信号，包括所述非线性反馈项和所述定子功率调节信号。 本专利技术实施例提供的方案中，采用同步坐标系，可以将控制系统中的大部分中间 变量变为直流量，因此能够减小非线性反馈项对定子输出功率的影响，提高功率控制环路 的稳定性。【附图说明】 图1为现有技术中的双馈电机的控制系统中定子有功功率控制环路的示意图； 图2为本专利技术实施例提供的双馈电机的控制系统的示意图； 图3为本专利技术实施例提供的双馈电机的控制系统中定子有功功率控制环路的示 意图之一； 图4为本专利技术实施例提供的双馈电机的控制系统中定子有功功率控制环路的示 意图之二； 图5为本专利技术实施例提供的双馈电机的控制系统中定子无功功率控制环路的示 意图； 图6为本专利技术实施例提供的双馈电机的控制系统的详细示意图； 图7为本专利技术实施例提供的双馈电机的控制方法的流程图。【具体实施方式】 为了给出提高定子功率控制环路的稳定性的实现方案，本专利技术实施例提供了一种 双馈电机的控制系统及控制方法，以下结合说明书附图对本专利技术的优选实施例进行说明， 应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。并且 在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 本专利技术实施例提供了一种双馈电机的控制系统，如图2所示，可以包括： 功率计算单元201，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子电压和定子电流，确定 双馈电机的定子瞬时输出功率； 非线性反馈项计算单元202,用于根据同步坐标系下双馈电机的定子电压、定子电 流、转子机械角频率和电机参数，确定非线性反馈项； 功率调节器203,用于根据同步坐标系下双馈电机的定子给定功率和功率计算单 元201确定的定子瞬时输出功率，确定定子功率调节信号； 转子电压计算单元204,用于根据同步坐标系下双馈电机的电机控制信号，确定双 馈电机的转子电压；该电机控制信号，包括非线性反馈项计算单元202确定的非线性反馈 项和功率调节器203确定的定子功率调节信号。 即本专利技术实施例提供的控制系统是在同步坐标系下对双馈电机进行控制。 采用同步坐标系，相比于现有技术中的双馈电机的控制系统采用定子坐标系的方 案，可以将控制系统中的大部分中间变量变为直流量，因此能够减小非线性反馈项对定子 输出功率的影响，提高功率控制环路的稳定性。 在同步坐标系下，双馈电机方程为： 其中，f为定子电压矢量； <为转子电压矢量； g为定子电流矢量； $为转子电流矢量；疋为定子磁链矢量；疋为转子磁链矢量； 为电网电压角频率； ?r为转子机械角频率；Rs为定子等效电阻；Rr为转子等效电阻。 选取转子电流矢量（和定子磁链矢量疋'作为状态变量。 其中，Ls为定子等效电感；Lr为转子等效电感；k为激磁电感。 根据上述公式（1)，（2)，（3)和（4)，将双馈电机方程转化为标准空间状态方程： w ' ' IT "<7 一S'，CT ' ' a ' ' <7 ' ' <T 由上述公式（5)和（6)，得到标量表达式： 其中，入d，为同步坐标系下，转子磁链的d轴分量； Xv为同步坐标系下，转子磁链的q轴分量；Xds为同步坐标系下，定子磁链的d轴分量； Xqs为同步坐标系下，定子磁链的q轴分量； 为同步坐标系下，转子电压的d轴分量； 为同步坐标系下，转子电压的q轴分量； uds为同步坐标系下，定子电压的d轴分量；...

【技术保护点】
一种双馈电机的控制系统，其特征在于，包括：功率计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子电压和定子电流，确定双馈电机的定子瞬时输出功率；非线性反馈项计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子电压、定子电流、转子机械角频率和电机参数，确定非线性反馈项；功率调节器，用于根据同步坐标系下双馈电机的定子给定功率和所述功率计算单元确定的定子瞬时输出功率，确定定子功率调节信号；转子电压计算单元，用于根据同步坐标系下双馈电机的电机控制信号，确定双馈电机的转子电压；所述电机控制信号，包括所述非线性反馈项计算单元确定的非线性反馈项和所述功率调节器确定的定子功率调节信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘自强，
申请(专利权)人：艾默生网络能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44